CN114939597A - 一种撬装式快速应急土壤热脱附装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种撬装式快速应急土壤热脱附装置，包括固定架和依次连通的高温炉、土壤排出室、高温旋风除尘器、高温陶瓷除尘器、催化降解器和活性炭吸附器，还包括两级间接冷凝器，高温陶瓷除尘器和催化降解器通过两级间接冷凝器连通，催化降解器和活性炭吸附器通过两级间接冷凝器连通；高温炉、土壤排出室、高温旋风除尘器、高温陶瓷除尘器、两级间接冷凝器和活性炭吸附器均固定安装在固定架上，催化降解器设置在高温炉内。本发明提供的撬装式快速应急土壤热脱附装置，提高燃烧室内的热能利用率，且设备体积小，可用于突发性土壤污染处置。

Description

一种撬装式快速应急土壤热脱附装置

技术领域

本发明属于土壤修复处理技术领域，具体来说，涉及一种撬装式快速应急土壤热脱附装置。

背景技术

现有热脱附装备因为工艺落后和集成度低等问题，导致整套装备占地面积大，移动性差。常规间接热脱附运输需6辆重型卡车，施工准备周期长达10～15天。直接热脱附装备运输需15～20辆重型卡车，施工准备周期长达30～45天。响应时间长，无法满足应急使用要求。另外，产生的热脱附气中污染物净化常规方法采样喷淋冷凝等工艺，处理过程中，产生大量冷却水与污染物混合的废液。大量的废液又需要大体积的化学降解池或者生物修复池进行处置。因此，现有技术和装备技术工艺复杂，且产生大量待处理的废液，制造和处理成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种撬装式快速应急土壤热脱附装置，整体装置体积小，便于运输，可用于突发性土壤污染处置，且快速修复污染土壤的同时，保证尾气的安全排放。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用如下技术方案：

本发明实施例提供一种撬装式快速应急土壤热脱附装置，包括固定架和依次连通的高温炉、土壤排出室、高温旋风除尘器、高温陶瓷除尘器、催化降解器和活性炭吸附器，还包括两级间接冷凝器，所述高温陶瓷除尘器和催化降解器通过两级间接冷凝器连通，催化降解器和活性炭吸附器通过两级间接冷凝器连通；所述高温炉、土壤排出室、高温旋风除尘器、高温陶瓷除尘器、两级间接冷凝器和活性炭吸附器均固定安装在固定架上，所述催化降解器设置在高温炉内。

作为本发明实施例的进一步改进，所述高温炉包括炉体、炉膛、点火器、支座、蓄热材料层和驱动件，炉膛通过支座安装在炉体内腔中，点火器设置在炉体内壁；所述蓄热材料层设置在炉膛的进料端，并填充在炉体内壁和炉膛外壁之间；所述炉膛的出料端与土壤排出室连通；所述驱动件与炉膛连接，用于驱动炉膛在炉体内腔中转动，驱动件设置在炉体外。

作为本发明实施例的进一步改进，所述高温炉内的温度为300～900℃；炉膛进料端的温度为100～300℃。

作为本发明实施例的进一步改进，所述炉膛倾斜设置，且进料端高于出料端，倾斜角度为5～10°。

作为本发明实施例的进一步改进，还包括进料件，进料件与炉膛进料端连通，进料件设置在炉体外。

作为本发明实施例的进一步改进，所述两级间接冷凝器包括冷却室、依次连通的第一进气口、第一布气室、第一冷凝管、第一污染物收集室和第一出气口，以及依次连通的第二进气口、第二布气室、第二冷凝管、第二污染物收集室和第二出气口；第一冷凝管和第二冷凝管均设置在冷却室中；所述第一进气口与高温陶瓷除尘器出口连通，第一出气口与催化降解器入口连通；第二进气口与催化降解器出口连通，第二出气口与活性炭吸附器入口连通。

作为本发明实施例的进一步改进，所述第一冷凝管位于第二冷凝管的上方。

作为本发明实施例的进一步改进，所述冷却室的顶端设有冷却水出口，冷却室的底端设有冷却水入口；所述撬装式快速应急土壤热脱附装置还包括冷却塔，冷却塔入口与冷却水出口连通，冷却塔出口与冷却水入口连通。

作为本发明实施例的进一步改进，还包括含有引风机的气室和排气烟囱，气室入口与活性炭吸附器出口连通，气室出口与排气烟囱连通。

作为本发明实施例的进一步改进，土壤排出室的侧面设有入口，底部设有出土斗，上部设有出气口，土壤排出室的入口与高温炉出口连通，土壤排出室的出气口与高温旋风除尘器入口连通。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

(1)设置高温炉、高温旋风除尘器、高温陶瓷除尘器、催化降解器、两级间接冷凝器和活性炭吸附器，对有机污染土壤进行加热脱附处理，并对热脱附气净化、冷凝、催化还原氧化降解和再净化，实现污染土壤的快速修复，并保证尾气的安全排放。

(2)采用撬装安装方式将所有部件均集成在固定架上，减小整体装置的体积，便于整体移动，当出现紧急状况时，可进行快速反应，将其装车运输即可快速前往事故场地进行修复，过程无需拆装等过程。

(3)将催化降解器集成在高温炉内，催化降解器直接利用高温炉中的热能进行催化降解，无需给催化降解器另设热源，减小整个装置体积，便于运输，可用于突发性土壤污染处置。

(4)对经除尘器净化后的含高浓度污染物的热脱附气和经催化降解后的含低浓度污染物的气体，均采用同一个间接冷凝器进行冷凝，减小整个装置体积，便于运输；采用间接冷凝方式，不会产生大量污染废液。

附图说明

图1为本发明实施例的撬装式快速应急土壤热脱附装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中高温炉的结构示意图；

图3为本发明实施例中两级间接冷凝器的结构示意图。

图中：1高温炉、2土壤排出室、3高温旋风除尘器、4高温陶瓷除尘器、5两级间接冷凝器、6催化降解器、7活性炭吸附器、8气室、9冷却塔、10排气烟囱、11固定架、101进料件、102炉膛、103炉体、104点火器、105支座、106蓄热材料层、107齿轮、108出料端、109电机、201出土斗、202出气口、501第一进气口、502第一布气室、503第一冷凝管、504第一污染物收集室、505第一出气口、506第一污染物排出口、507第二布气室、508第二进气口、509第二污染物排出口、510第二出气口、511冷却水进口、512冷却水出口、513第二冷凝管。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案进行详细的说明。

本发明实施例提供一种撬装式快速应急土壤热脱附装置，如图1所示，包括固定架11和依次连通的高温炉1、土壤排出室2、高温旋风除尘器3、高温陶瓷除尘器4、催化降解器6和活性炭吸附器7。还包括两级间接冷凝器5，高温陶瓷除尘器4和催化降解器6通过两级间接冷凝器5连通，催化降解器6和活性炭吸附器7通过两级间接冷凝器5连通。高温炉1、土壤排出室2、高温旋风除尘器3、高温陶瓷除尘器4、两级间接冷凝器5和活性炭吸附器7均固定安装在固定架11上，催化降解器6设置在高温炉1内。

其中，高温炉1用于加热有机污染土壤，有机污染土壤中的有机污染物受热后蒸发形成热脱附气。土壤排出室2用于收集高温炉1中热脱附处理后得到的修复后土壤。高温炉1产生的热脱附气的温度一般为100～500℃，有机污染物浓度一般为1000～100000ppm。高温旋风除尘器3用于脱除热脱附气中的大土壤颗粒，高温陶瓷除尘器4用于进一步脱除从高温旋风除尘器3出来的热脱附气中的细微颗粒。高温旋风除尘器3和高温陶瓷除尘器4均可在1000℃以上温度环境下工作。通过高温旋风除尘器3和高温陶瓷除尘器4，实现高温下热脱附气中颗粒与气相中有机污染物的分离，防止间接冷凝器中大量颗粒结垢或堵塞管道，同时减少冷凝液的体积。两级间接冷凝器5用于将热脱附气中的气相有机污染物冷凝形成液态有机污染物，降低热脱附气中的污染物浓度，此时两级间接冷凝器5输出的脱附气中的有机物浓度为5～100ppm。催化降解器6用于将两级间接冷凝器5输出的气体中的有机污染物进行催化还原氧化降解，催化降解器6采用纳米氧化钛或五氧化二钒等催化剂或混合催化剂，可还原及高温氧化含卤素等有机污染物或直接氧化烃类有机污染物。两级间接冷凝器5进一步用于将催化降解器6未降解完全的有机污染物气体冷凝成液态进行收集。活性炭吸附器7用于净化催化降解器6形成的尾气，得到洁净的净化气。

上述实施例的撬装式快速应急土壤热脱附装置，设置高温炉1、高温旋风除尘器3、高温陶瓷除尘器4、催化降解器6、两级间接冷凝器5和活性炭吸附器7，对有机污染土壤进行加热脱附、脱附气净化、冷凝、催化还原氧化降解和再净化后，实现污染土壤的快速修复，并保证尾气的安全排放。采用撬装安装方式将所有部件均集成在固定架上，减小整体装置的体积，便于整体移动，当出现紧急状况时，可进行快速反应，将其装车运输即可快速前往事故场地进行修复，过程无需拆装等过程。将催化降解器集成在燃烧室内，直接利用高温炉中的热能，无需给催化降解器另设热源，减小整个装置体积，便于运输，可用于突发性土壤污染处置。对经除尘器净化后的含高浓度污染物的热脱附气和经催化降解后的含低浓度污染物的废气，均采用同一个间接冷凝器进行冷凝，减小整个装置体积，便于运输。采用间接冷凝方式，不会产生大量污染废液。

作为优选例，如图2所示，高温炉1包括炉体103、炉膛102、支座105、蓄热材料层106、驱动件和点火器104。催化降解器6位于炉体内腔中。炉膛102通过支座105安装在炉体103内腔中，炉膛102和支座105之间设有轴承。驱动件设置在炉体103外，驱动件与炉膛102连接，用于驱动炉膛102在炉体103内腔中沿炉膛轴线自转。优选的，支座105有至少两个，分别位于炉膛102的两端。本实施例中，驱动件包括电机109和两个啮合的齿轮107，电机与其中一个齿轮连接，另一个齿轮套设在炉膛102外壁。电机运行，驱动件与其连接的齿轮转动，从而带动另一个齿轮和炉膛102转动，使得污染土壤中的有机污染物挥发地更加彻底，提高挥发效果。点火器104设置在炉体1内壁，在炉体内腔中点火燃烧供热，使得炉体内的温度为300～900℃。炉膛的两端分别为进料端和出料端，炉膛102的出料端与土壤排出室2连通，炉膛的进料端与进料件101连通。进料件101设置在炉体103外，用于向炉膛102中加入有机污染土壤。蓄热材料层106设置在炉膛102的进料端，蓄热材料层106采用蜂窝陶瓷蓄热体，填充在炉体103内壁和炉膛102外壁之间。蓄热材料层106吸收炉体内的热量，使得被其包裹的炉膛进料端的温度为100～300℃。

本优选实施例中，在炉体内腔中设置炉膛用于放置污染土壤，炉体内点火燃烧产生热量，经炉膛侧壁导热加热污染土壤，使污染土壤不接触任何气体，在不增加设备体积的同时，提高热脱附处理效果，使得有机污染土壤中的有机物尽可能全部形成热脱附气。同时土壤不参与燃烧，不会产生大量烟气，无需设置尾气处理装置，减小整个设备体积。炉体内燃烧产生的热量既可加热炉膛内的土壤，实现土壤的热脱附处理，又可为催化降解器6提供热能，实现有机污染物的催化还原氧化，从而提高炉体内的热能利用率。在炉膛进料端的外侧填充蓄热材料层106，使得炉膛进料端的温度为100～300℃，污染土壤在炉膛进料端就被预热除水，到达炉膛中尾部后被再加热，防止后处置过程中，土壤因为含水量高，在旋转过程中成团板结，影响有机污染物的挥发。当挖出污染土体进行修复后，为防止污染土体周边存在轻度污染土壤，通常将污染坑侧壁土壤也挖出进行热脱附处理。此时，由于污染坑侧壁土壤被污染的概率较低或者被污染程度较轻，放入炉膛后，可停止点火燃烧，利用蓄热材料层蓄集的热量即可将该部分土壤进行热脱附处理，起到节约能源、节约成本的效果。

进一步优选，炉膛102倾斜设置，且进料端高于出料端，倾斜角度为5～10°。由于进料端高于出料端，污染土壤从进料端投入后，跟随炉膛转动并缓慢向出料端移动，形成螺旋形移动路径，延长污染土壤在炉膛中受热时间，增加污染突然受热面，提高有机污染物的挥发效果，提高热脱附效果。

作为优选例，土壤排出室2的侧面设有入口，底部设有出土斗201，上部设有出气口202，土壤排出室2的入口与高温炉1出口(炉膛的出料端)连通，土壤排出室2的出气口202与高温旋风除尘器3入口连通。炉膛内热脱附处理后的土壤和热脱附气进入土壤排出室2后，热脱附处理后的土壤从底部的出土斗201排出，实现原位回填，热脱附气从上部的出气口进入高温旋风除尘器3。

作为优选例，如图3所示，两级间接冷凝器5包括填充有冷却水的冷却室，依次连通的第一进气口501、第一布气室502、第一冷凝管503、第一污染物收集室504和第一出气口505，以及依次连通的第二进气口508、第二布气室507、第二冷凝管、第二污染物收集室和第二出气口509。第一冷凝管503和第二冷凝管均设置在冷却室中。第一进气口501与高温陶瓷除尘器4出口连通，第一出气口505与催化降解器6入口连通。第二进气口508与催化降解器6出口连通，第二出气口509与活性炭吸附器7入口连通。第一污染物收集室504还设有第一污染物排出口506，用于排出高度浓度污染液。第二污染物收集室设有第二污染物排出口，用于排出低浓度污染液。

其中，第一冷凝管可以呈Z字形布设，第一冷凝管的入口与第一布气室连通，第一冷凝管的出口与第一污染物收集室连通，入口位于出口上方，便于冷凝后形成的高浓度污染液在重力作用下顺利流入第一污染物收集室504。第一冷凝管也可以呈倾斜的一字型布设且多根平行布设，所有第一冷凝管的入口与第一布气室连通，所有第一冷凝管的出口与第一污染物收集室连通，入口均位于出口上方，便于冷凝后形成的高浓度污染液在重力作用下顺利流入第一污染物收集室504。同样，第二冷凝管可以呈Z字形布设，第二冷凝管的入口与第二布气室连通，第二冷凝管的出口与第二污染物收集室连通，入口位于出口上方，便于冷凝后形成的低浓度污染液在重力作用下顺利流入第二污染物收集室。第二冷凝管也可以呈倾斜的一字型布设且多根平行布设，所有第二冷凝管的入口与第二布气室连通，所有第二冷凝管的出口与第二污染物收集室连通，入口均位于出口上方，便于冷凝后形成的低浓度污染液在重力作用下顺利流入第二污染物收集室。

上述实施例中，经高温陶瓷除尘器4脱除细微颗粒后的脱附气经第一进气口501进入第一布气室502中，再进入第一冷凝管中冷却，冷却后形成的高浓度污染物液和低浓度污染物气体进入第一污染物收集室504，低浓度污染物气体经第一出气口505进入催化降解器6。催化降解器6未降解完全的有机污染物气体经第二进气口508进入第二布气室507中，再进入第二冷凝管中冷却，冷却后形成的低浓度污染液和净化尾气进入第二污染物收集室，净化尾气经第二出气口509进入活性炭吸附器7。本优选实施例先对经除尘器净化后的含高浓度污染物的热脱附气进行一级冷凝，再将一级冷凝后的气体催化降解后得到的含低浓度污染物的废气进行二级冷凝，两级冷凝共用同一个间接冷凝器，互不干扰，减小整个装置体积，便于运输。两级冷凝均采用间接冷凝方式，不会产生大量污染废液。

进一步优选，冷却室的顶端设有冷却水出口511，冷却室的底端设有冷却水入口510。撬装式快速应急土壤热脱附装置还包括冷却塔9，冷却塔9入口与冷却水出口511连接，冷却塔9出口与冷却水入口510连接。经冷却塔9降温后的冷却水从冷却室的底端进入，使得温度低的冷却水从冷却室底部逐渐上升，充分与第一冷凝管和第二冷凝管进行换热，吸收热量后从冷却室顶端输出，提高对脱附气的冷却效果。

考虑到由于一级冷凝后的气体还要进入催化降解器中催化还原氧化，催化还原需要加热，故一级冷凝无需冷却到太低温度，而冷却室中上部冷却水的温度高于下部冷却水的温度，所以上部冷却效果要次于下部冷却效果，下部较低温度的冷却水，冷却效率高，能更有效降低排放烟气中的污染物浓度，实现烟气中污染物浓度的高效冷却与达标排放。进一步优选，将第一冷凝管设置在冷却室的上部，第二冷凝管设置在冷却室的下部，使得二级冷却效果更好，提高低浓度污染物的再捕集效果。

作为优选例，本实施例的热脱附装置还包括含有引风机的气室8和排气烟囱10，气室8入口与活性炭吸附器7出口连通，气室8出口与排气烟囱10入口连通。气室8中的引风机运转，产生负压，引导气体依次经炉膛、土壤排出室2、高温旋风除尘器3、高温陶瓷除尘器4、两级间接冷凝器5、催化降解器6、活性炭吸附器7向气室8流动，最后洁净的气体从排气烟囱10排出。排气烟囱入口同时与炉体内腔连通，用于排放炉体内燃烧产生的烟气。

上述优选实施例的撬装式快速应急土壤热脱附装置的工作流程如下：

打开点火器104，利用柴油泵将柴油箱中柴油送入炉体103内进行燃烧，炉体1中产生的烟气由排气烟囱10进行排放。

待炉膛102的温度达到设定工况温度时，通过加料件101将污染土壤匀速送入炉膛内，污染土壤在炉膛进料端就被预热除水，到达炉膛中尾部后被再加热进行热脱附。炉体内燃烧产生的高温通过设置在炉膛外层夹套对污染土壤进行加热。炉膛2匀速缓慢滚动为污染土壤进行加热，有机污染物受热后蒸发并形成热脱附气。

热脱附气依次经炉膛的出料端和土壤排出室2的出气口202进入高温旋风除尘器3，热脱附气中的大颗粒固体被脱除后，进入高温陶瓷除尘器4，热脱附气中大部分细微颗粒被脱除。实现固体与气体的高温分离后，脱附气经第一进气口501进入第一布气室502中，再进入第一冷凝管中冷却，冷却后形成的高浓度污染物液和低浓度污染物气体进入第一污染物收集室504，低浓度污染物气体经第一出气口505进入催化降解器6。催化降解器6将两级间接冷凝器5输出的气体中的有机污染物进行催化还原氧化降解。催化降解器6未降解完全的有机污染物气体经第二进气口508进入第二布气室507中，再进入第二冷凝管中冷却，冷却后形成的低浓度污染液和净化尾气进入第二污染物收集室，净化尾气经第二出气口509进入活性炭吸附器7。活性炭吸附器7脱除气体中剩余的微量污染物后，将洁净的尾气排放。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种撬装式快速应急土壤热脱附装置，其特征在于，包括固定架(11)和依次连通的高温炉(1)、土壤排出室(2)、高温旋风除尘器(3)、高温陶瓷除尘器(4)、催化降解器(6)和活性炭吸附器(7)，还包括两级间接冷凝器(5)，所述高温陶瓷除尘器(4)和催化降解器(6)通过两级间接冷凝器(5)连通，催化降解器(6)和活性炭吸附器(7)通过两级间接冷凝器(5)连通；所述高温炉(1)、土壤排出室(2)、高温旋风除尘器(3)、高温陶瓷除尘器(4)、两级间接冷凝器(5)和活性炭吸附器(7)均固定安装在固定架(11)上，所述催化降解器(6)设置在高温炉(1)内。

2.根据权利要求1所述的撬装式快速应急土壤热脱附装置，其特征在于，所述高温炉(1)包括炉体(103)、炉膛(102)、点火器(104)、支座(105)、蓄热材料层(106)和驱动件，炉膛(102)通过支座(105)安装在炉体(103)内腔中，点火器(104)设置在炉体(1)内壁；所述蓄热材料层(106)设置在炉膛(102)的进料端，并填充在炉体(103)内壁和炉膛(102)外壁之间；所述炉膛(102)的出料端与土壤排出室(2)连通；所述驱动件与炉膛(102)连接，用于驱动炉膛(102)在炉体(103)内腔中转动，驱动件设置在炉体(103)外。

3.根据权利要求2所述的撬装式快速应急土壤热脱附装置，其特征在于，所述高温炉(1)内的温度为300～900℃；炉膛进料端的温度为100～300℃。

4.根据权利要求2所述的撬装式快速应急土壤热脱附装置，其特征在于，所述炉膛(102)倾斜设置，且进料端高于出料端，倾斜角度为5～10°。

5.根据权利要求2所述的撬装式快速应急土壤热脱附装置，其特征在于，还包括进料件(101)，进料件(101)与炉膛进料端连通，进料件(101)设置在炉体(103)外。

6.根据权利要求1所述的撬装式快速应急土壤热脱附装置，其特征在于，所述两级间接冷凝器(5)包括冷却室、依次连通的第一进气口(501)、第一布气室(502)、第一冷凝管(503)、第一污染物收集室(504)和第一出气口(505)，以及依次连通的第二进气口(508)、第二布气室(507)、第二冷凝管(513)、第二污染物收集室和第二出气口(509)；第一冷凝管(503)和第二冷凝管(513)均设置在冷却室中；所述第一进气口(501)与高温陶瓷除尘器(4)出口连通，第一出气口(505)与催化降解器(6)入口连通；第二进气口(508)与催化降解器(6)出口连通，第二出气口(509)与活性炭吸附器(7)入口连通。

7.根据权利要求6所述的撬装式快速应急土壤热脱附装置，其特征在于，所述第一冷凝管(503)位于第二冷凝管(513)的上方。

8.根据权利要求6所述的撬装式快速应急土壤热脱附装置，其特征在于，所述冷却室的顶端设有冷却水出口(512)，冷却室的底端设有冷却水入口(511)；所述撬装式快速应急土壤热脱附装置还包括冷却塔(9)，冷却塔(9)入口与冷却水出口(511)连通，冷却塔(9)出口与冷却水入口(510)连通。

9.根据权利要求1所述的撬装式快速应急土壤热脱附装置，其特征在于，还包括含有引风机的气室(8)和排气烟囱(10)，气室(8)入口与活性炭吸附器(7)出口连通，气室(8)出口与排气烟囱(10)连通。

10.根据权利要求1所述的撬装式快速应急土壤热脱附装置，其特征在于，土壤排出室(2)的侧面设有入口，底部设有出土斗(201)，上部设有出气口(202)，土壤排出室(2)的入口与高温炉(1)出口连通，土壤排出室(2)的出气口(202)与高温旋风除尘器(3)入口连通。

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